崔国红
中电投新疆能源化工集团有限责任公司
摘要:本文通过中电投新疆能源化工集团有限公司肖尔布拉克西煤矿井筒检查孔施工，查明了井筒范围内水文、地质等方面的情况。为井筒的设计和施工提供完整的地质依据。
关键词:矿井；井筒;检查孔;施工
1.井筒检查孔的目的和任务
中电投新疆能源化工集团有限公司肖尔布拉克西煤矿，根据井筒设计、建设、生产需要，拟于工业场地内布置主、副、风井三个井筒。在井筒施工前必须完成井筒的检查孔施工，检查孔工程的目的是为井筒的设计和施工提供完整的地质依据。
井筒检查孔任务是为查明井筒全长范围内地层深度、强风化带深度、岩性特征、构造状态、瓦斯、水文地质及工程地质特征，完成井检孔地质报告的编制。
2.井筒及井筒检查孔的位置
井筒拟采用冻结法凿井，各井筒检查孔布置在冻结圈以外，距井筒中心25m范围内。井筒检查孔实测坐标及终孔深度见下表1-1：
副检孔对新生界含水层、侏罗纪煤系地层进行单孔抽水试验,主、副、风三井均采用两级结构成井。
4.施工方法和主要步骤
检查孔开孔用Φ108mm取芯钻头从10m开始连续取芯钻进,穿过(Q+N+E)底界面至下套管深度以下10m左右停钻，各孔在钻进过程中监测孔斜。
下部改用Φ91mm取芯钻头连续取芯钻进到终孔深度,
测井：进行常规测井、简易井温测井、基岩段声波测量井，确定新生界抽水段的起、止深度及套管下置深度。
新生界底界以下10m处，用木塞及泥球架桥压实,完全封闭下部煤系地层含水层。
新生界扩孔：采用逐级扩孔的方法,将孔径扩大至168mm或215mm到下套管深度(见钻孔结构表),
下管：主检孔、副检孔新生界下入Φ168mm护壁管及过滤管；风检孔新生界下入Φ127mm护壁管及过滤管。
扩孔：将封闭段以下至终孔地层扩至108mm孔径。
洗井：各孔采用机械机械方法对含水层进行冲洗。
主井起孔内127mm、风井起孔内89mm止水套管.
主井、风井封孔。
副井封闭下部基岩段，起井内127mm止水套管。.
副井对新生界进行第二次抽水。
副井封孔。
主井检查孔地质情况：
（1）294.4～307.75m：不稳定围岩段
（2）307.75～313.80m：27煤，极不稳定层段
（3）313.80～349.0m：中等稳定围岩段
组厚35.2m，由砂质泥岩、菱铁质粉砂岩、细砂岩组成。其中泥岩厚25.5m，占总厚的72.44%.RQD=60～70%，抗压强度7.7～24.6Mpa，K值0.942～2.974，M值0.0862；细砂岩厚7.60m.抗压强度7.5Mpa，K值0.869，M值0.175，本段稳定分类属中等稳定围岩段。
风井检查孔地质情况：
（1）287.30～313.35m：中等稳定围岩段
（2）313.35～320.85m：极不稳定围岩段
（3）320.85～328.35m：极不稳定围岩段
（4）328.35～348.20m：稳定围岩段
副井检查孔地质情况：
（1）648.60～677.50m：中等稳定围岩段
（2）677.5～699.00m：不稳定围岩段
（3）699.0-713.20：顶底板中等稳定岩段
（4）713.2-734.50：不稳定-极不稳定层段
井筒检查孔共采集瓦斯样14个。从瓦斯测试成果汇总表可以看出，煤层瓦斯含量为微量，瓦斯成分中甲烷所占比例很少，仅占0.03-0.53%，氮气占83.53-99.90%，其次是CO2。
井温：各井检孔均进行简易井温的施测，具体见表6-6：井温测量成果表及井温曲线图。
据主、风井测温资料，在垂深100m处，井温在18.4-18.6℃之间，平均为18.5℃，若以此为恒温带，根据最大孔深主检孔460m为井温28.6℃，确定主井工业场地的增温率为2.8℃/100m。副井在垂深440m处，井温31.2℃，进入一级热害区，至终孔深度754.00m，井温37.1℃，达到一级热害峰值。应予以注意。
5.井筒水文地质特征分析
含水层在平面上富水性差异较小，含水层富水部位集中在新生界中下部。主井在垂深82-130，210—238m、副井在垂深190-198，324-338、410-450m出现扩散测井异常带,流量测井在上述层段呈涌水状态，显示出地下水径流通畅的特征，风井在相同层段也出现赋水特征，冲洗液最大消耗0.64-1.28m3/h，主井抽水时，风井水位降深达1.32m，显示其连通性较好。
侏罗系普遍分布有2-3个含水层，岩性为中细砂岩或含砾细砂岩，RQD=30-75%，冲洗液最大消耗0.16-0.32m3/h，显示此段赋水性较上部新生界明显变弱。
井检孔在岩石编录过程中，对岩性破碎程度进行了详细描述，从总体上看，新生代地层较破碎，进入侏罗纪煤系地层后，砂岩完整程度随深度的增加而有所提高，4-5含砂岩破碎程度比1-3含明显减弱。
施工钻进过程中，新生代地层砂岩冲洗液有消耗，至侏罗系侏罗纪煤系地层消耗量逐渐减少，井检孔冲洗液漏失量比较大的部位均在1-3含，最大为0.0.72～1.28m3/h。往下消耗量明显减少，至侏罗系八道湾组则多维持在0.16m3/h左右，最高也不过0.32m3/h，富水性较上部呈渐弱的趋势。
副井新生界第1次抽水时，井内地下水出现上涌现象，流量达26.086m3/H，降深11.12m,单位涌水量0.716L/sm。而第2次抽水，流量11.919m3/h，降深28.35m,单位涌水量0.064L/sm,两次抽水出入较大，究其原因，第1次抽水时间在3月份,正值本区解冻峰值期,冰雪融化或地表水体解冻。其水流直接入渗地下成为新生界含水层的补给源。由于水源补给充沛，致使新生界抽水时水量暴增。而第二次抽水时间在5月份，地表各类水源因入夏而呈衰减趋势，新生界补给源处于正常的循环状态，致使涌水量大幅回落。两次抽水的涌水量落差,反应出地下水富水性随季节变化而变化的特征,建井时应注意丰。枯水期对新生界含水层产生的影响。
主井、风井孔相距82.41m,新生界抽水时,风井最大降深1.32m,具一定的联通性.本区地下水流向为东南或正南方向，磁方位角为135度，流速为0.342m/h。
井田内新近系-古近系含水层地下水以顺层补给为主，径流方向由北到南，排泄方式以泉水为主。
侏罗系含水层埋藏在巨厚成岩的新生界地层之下，基岩面直接由新近系-古近系岩石层覆盖。其富水性弱，可以认定含水层地下水基本处于封闭状态，与地表水和新生界中、上部砂层无水力联系。由于侏罗纪地层主要以泥岩、粉砂岩、泥质粉砂岩为主，夹少量的砂岩及较厚的煤层，裂隙不甚发育，故岩层透水性和富水性都较弱，地下水径流不畅，交替滞缓。
抽水试验发现，抽水时流量呈递减变化，显示出地下水补给条件差，其涌水量主要来自含水层的弹性贮存量释放的特点。
由于砂岩裂隙水的不均一性以及钻孔揭露裂隙的随机性，所以很难用一种方法准确预计实际井筒涌水量。本次采用四种方法进行计算，多方案比较，多参数分析，为井筒涌水量预计提供更为可靠的依据。
井筒涌水量预计结果表
6.井筒涌水量的采用和建议
井筒预计涌水量总体上分两种情况，一种是由抽水试验和扩散测井所确定的含水层，具有分层水文地质参数，采用计算方法一、二、三进行分层涌水量预计；另一种情况是根据岩性特征确定的含水层，未能获得水文地质参数，采用方法四预计，即经验公式进行估算。由于风井距主井仅83.26m,风井本次没有进行抽水试验，仅在新生界进行扩散测井1次，在综合确定主要含水层段后，借用主井取得的抽水参数,进行风井井筒含水层的计算。本报告认为：对于第一种情况由扩散测井划分的含水层，采用前三种方法计算结果为宜，对于第二种情况取得扩散测井但没有抽水的资料，属可能出水含水层，选用方法四经验公式计算结果可作参考。
副井新生界第1次抽水正逢本区解冻峰值期,地面各类水体融化,顺层对新生界地下水产生补给,致使井内水量暴增,地下水涌出地面.据此计算的新生界段井筒涌水量达500m3/h以上,仅作丰水期的极值量使用;新生界第2次抽水时间为5月份,区内地表水源衰减,此时地下水处于相对封闭状态,单位涌水量0.136mL/s,与本区实际相符,本报告以此值计算的涌水量,作为正常时期的建井水量使用.
主井井筒检查孔抽水试验发现，新生界含水层单位涌水量0.294L/sm，抽水时水位及流量稳定较快，风井在相同层位观测时,降深随之波动.最大降距达1.32m,平面上含水层联通性较好,水量补给充盈,总体上反映了第四系-新近系-古近系水文地质条件中等的特性，由此井筒预计出的涌水量随之增大，与实际抽水结果相符。主井煤系地层抽水时，水量变化呈疏干态势，静储量疏干特征明显.风井水位未受到主井影响,可能与砂岩的厚度、裂隙的发育程度、延展性、开启度，连通性在横向上的变化有关，钻孔揭露的随机性对矿井涌水量产生很强的局限性。请井筒设计时重视对预计涌水量。
7.结论
肖尔布拉克西矿井筒检查孔工程，按照规定的施工任务、技术要求和质量标准施工，完成了工程设计的钻探、测井、取芯、取样测试和抽水试验等全部工程量。本工程于2014年1月1日开钻，至2014年5月13日竣工，完成钻探工程量1617.24m。施工132天。
施工过程中，由监理公司实施监理，竣工后组织现场验收，验收评定各井筒检查孔工程质量合格。
主要成果
查明了井筒新生界第四系、新近系、古近系地层的深度、厚度、岩性。对第四系一新近系一古近系地层进行冻结意义上的含水层组划分，对新生界地层结构及水文地质特征进行成果性评述，取得了冻结岩石的物理力学性能试验资料，对新生界的冻结条件作出了评价。
查明了井筒基岩风化带的层位、深度、厚度和岩性。
查明了井筒穿过23煤～31煤煤层的深度、厚度、结构，取得了煤质、煤层瓦斯含量、瓦斯成分的测试资料。
查明井筒地质构造特征，地层倾角5°～7°，层位正常。构造简单，未发现大的地质构造异常。
查明了井筒基岩工程地质条件和其它开凿技术条件，井筒基岩的岩石组成、裂隙发育和破碎情况已经基本查明，取得了井筒围岩和巷道围岩的物理力学性能测试资料。利用岩性、岩石抗压强度、RQD值、水浸崩解量和井径、密度、声波曲线综合划分岩组，对井筒围岩稳定性作了分类，对主井、风井+370m上30m下20m，对副井-50m上50m下30m井底车场围岩稳定性进行分类，并对稳定性作出评价。
查明了井筒穿过地层的水文地质条件，利用取芯鉴定、简易水文、常规测井曲线、抽水试验、流量测井及扩散测井资料。综合划分出主井井筒5个含水层组，风井井筒4个含水层组，副井井筒6个含水层组。抽水试验资料可靠，用稳定流和非稳定流水位恢复法求得水文地质参数，参数可靠。用多种方法预算出井筒基岩含水层的分层涌水量，并对涌水量的采用值提出建议。
参考文献
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[7]张平朔，豫煤堪-1型松散破碎岩层取芯器，煤炭地质与勘探，1985。
崔国红：中电投新疆能源化工集团有限责任公司高级工程师1973.04